一种高结晶度锂铝硅透明微晶玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种具有高结晶度、高透明度的微晶玻璃及其制备工艺，所述微晶玻璃的组成包括：SiO

【技术实现步骤摘要】
一种高结晶度锂铝硅透明微晶玻璃及其制备方法


[0001]本专利技术涉及无机材料领域，具体地，涉及一种高结晶度锂铝硅透明微晶玻璃及其制备方法。

技术介绍

[0002]在即将到来的5G时代，电子产品对其屏幕和背板的透明度、力学性能以及抗信号干扰能力提出了更高的要求。非金属材料尤其是玻璃材料受到广泛关注。
[0003]微晶玻璃是一种通过对玻璃进行热处理而在玻璃内部析出结晶的材料，其抗弯、耐磨以及抗摔等性能相对于常规玻璃都有明显的优势。一般来说，由于微晶玻璃复杂的微观结构，它是不透明的。微晶玻璃内部含有玻璃相、晶相、晶界和气孔，当入射光通过微晶玻璃时就会产生反射、吸收以及很强的光散射。因此，大多数微晶玻璃在可见光区是不透明的。为提高透明度，大部分微晶玻璃采取了降低结晶程度增加晶粒之间距离的方法。然而，微晶玻璃的理化性能与微晶玻璃中的晶体含量密切相关，因此通常要求尽量获得高的结晶度。
[0004]关于高结晶度，可理解为微晶玻璃中晶体的体积含量较高（一般大于50%）。要使高结晶度的微晶玻璃具有透明性，需要满足以下条件：析出微晶体的尺寸小于可见光波长；晶相与玻璃相间的折射率相近。这样，由于析晶过程中晶相与残余玻璃相化学组成接近，成分连续的变化导致折射率差很小，因而在可见光区透明度较高。
[0005]高结晶度透明微晶玻璃具有非常接近于晶体材料的优秀的机械性能和化学稳定性，是非常具有潜力的电子设备保护材料。因此，需要研究一种具有高结晶度、高透明度的微晶玻璃及其制备工艺，使之满足5G时代电子设备保护材料的要求。<br/>
技术实现思路

[0006]本专利技术为解决上述问题，提供了一种高结晶度锂铝硅透明微晶玻璃及其制备方法。通过玻璃成分设计及处理工艺控制，得到具有较高的可见光透过率、高锂铝硅晶相含量的且具有优异的物理
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化学性能的微晶玻璃。
[0007]所采取的技术方案为：一种高结晶度锂铝硅体系透明微晶玻璃，按质量分数计，其组成包括：SiO2：60～75%；Al2O3：6～12 %；Li2O：7～14 %；Na2O：0～2%；K2O：0～2%；ZrO2：2～7%；P2O5：0～3%；HfO2：0～4%；Sb2O3：0.1～1%。
[0008]进一步地，其中SiO2、Al2O3、Na2O、ZrO2、P2O5、Sb2O3、HfO2分别由二氧化硅、氢氧化铝、硫酸钠、二氧化锆、偏磷酸盐、三氧化二锑和氧化铪引入。成核剂为氧化锆ZrO2、氧化铪HfO2、五氧化二磷P2O5中的1种或几种组合，以氧化物质量百分比计，成核剂2%≤(HfO2+ZrO2+P2O5)≤14%。为加速玻璃熔体的澄清，排除气泡，加入少量澄清剂Sb2O3。
[0009]进一步地，其主晶相为透锂长石LiAlSi4O
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和二硅酸锂Li2Si2O5，有少量偏磷酸铝和/或氧化锆晶相，其中透锂长石LiAlSi4O
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含量为20～45%，二硅酸锂Li2Si2O5含量为20～
45%，偏磷酸铝含量为1～4%，氧化锆含量为0～4%，总晶相含量≥80%，具体体现在结晶度为：80～98vol%。本专利技术一些实施方式中，0.8mm厚度的微晶玻璃结晶度可达到80%，81%，82%，83%，84%，85%，86%，87%，88%，89%，90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%。以上晶体的析出以及其具有的高结晶度为本专利技术微晶玻璃提供了高强度和高硬度；由于本专利技术析出晶相的折射率与玻璃相差距较小，减少了光在微晶玻璃中的损失，使得本专利技术微晶玻璃具有高透过率（透明度）。
[0010]另外，微晶玻璃的晶粒尺寸越小，透过率越高。本专利技术微晶玻璃的晶粒尺寸为10～50nm，优选为10～40nm，更优选为15～40nm。
[0011]本专利技术微晶玻璃在可见光范围中呈现高的透过率，在一些实施方式中0.8mm厚度的微晶玻璃400～800nm的透过率为87%以上。在一些优选的实施方式中，0.8mm厚度的微晶玻璃制品或微晶玻璃在400～800nm的光透过率为90%以上。
[0012]本专利技术微晶玻璃可以通过如下方法进行生产和制造：一种高结晶度锂铝硅透明微晶玻璃的制备方法，包括如下步骤：A.配置原料。按照以下组成及质量分数配置原料：SiO
2 60～75 %；Al2O
3 6～12 %；Li2O 7～14%；Na2O 0～2%；K2O 0～2%；ZrO
2 2～7%；P2O50～3%；HfO20～4%；Sb2O
3 0.1～1%；B.制备基础玻璃。按照步骤A中各氧化物质量百分比称取原料，将原料充分混合均匀后，经熔化、澄清、成型、退火后得到基础玻璃；C.将步骤B制得的基础玻璃进行晶化处理，得到所述高结晶度锂铝硅透明微晶玻璃。
[0013]进一步地，步骤B中，根据玻璃组成的熔化难易度，在1400～1600℃的温度范围内进行4～20小时的熔化，优选温度为1450～1600℃，优选时间为6～12小时。
[0014]进一步地，步骤B中，原料熔化后搅拌使其均匀，浇铸到模具中进行退火处理，退火处理温度为350～550℃，退火时间为2
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10h。
[0015]步骤C所述晶化处理主要包括2个阶段：第一阶段，在第一温度下进行成核工艺的处理，所述第一温度优选为550～750℃,保持时间优选为1～6h；第二阶段，在比第一温度高的第二温度下进行晶体生长工艺的处理，所述第二温度优选为700～850℃, 保持时间优选为0～5h。需要说明的是，上述保持时间0小时，是指在达到相应温度后不到1分钟又开始降温或升温。
[0016]本专利技术的基础玻璃或微晶玻璃，可以采用研磨或抛光加工方法制造片材的玻璃成形体，但制造玻璃成形体的方法，并不限定于这些方法。
[0017]本专利技术所述的基础玻璃或微晶玻璃可具有合理有用的任何厚度。
[0018]本专利技术的微晶玻璃还可以通过形成压缩应力层获得更高的强度，例如可进行离子交换以获得额外的机械强度。
[0019]本专利技术各组分的作用分析如下：SiO2是涉及玻璃成形的一种氧化物，可用于稳定玻璃网络结构，SiO2含量越高玻璃越不易析晶。当对基础玻璃进行晶化处理时，SiO2的浓度应足够高以形成透锂长石晶相。同时，需限制SiO2的量来控制熔融温度,因为纯SiO2玻璃的熔融温度是不理想地高。本专利技术微晶玻璃包含60～75重量%SiO2。在一些实施方式中,微晶玻璃可包含60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74或75重量%SiO2。
[0020]Al2O3在玻璃中是一种网络中间体氧化物，可形成铝氧四面体参与玻璃网络结构，提高玻璃的形成能力，抑制玻璃的析晶，提高玻璃的化学稳定性、机械强度、硬度及耐热性能，同时也是晶相透锂长石的组成成分。铝氧四面体体积大于硅氧四面体，Al2O3替代SiO2后玻璃网络空隙增大，形成离子交换通道，有利于离子扩散。本专利技术引入较多Al2O3，为化学强化提供必要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高结晶度锂铝硅体系透明微晶玻璃，其特征在于，按质量分数计，其组成包括：SiO2：60～75%；Al2O3：6～12 %；Li2O：7～14 %；Na2O：0～2%；K2O：0～2%；ZrO2：2～7%；P2O5：0～3%；HfO2：0～4%；Sb2O3：0.1～1%。2.根据权利要求1所述的微晶玻璃，其特征在于，以氧化物质量百分比计，2%≤(HfO2+ZrO2+P2O5)≤14%。3.根据权利要求1所述的微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃中包含以下晶相：透锂长石20～45%，二硅酸锂20～45%，偏磷酸铝1～4%，氧化锆0～4%，总晶相含量≥80%。4.根据权利要求1所述的微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃中晶粒尺寸为10～50nm。5.根据权利要求1所述的微晶玻璃，其特征在于，0.8mm厚度的所述微晶玻璃400～800nm的透过率为87%以上。6.一种高结晶度锂铝硅透明微晶玻璃的制备方法，包括如下步骤：A.按照以下组成及质量分数配置原料：SiO<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张福军，何光园，张继红，周卫卫，
申请(专利权)人：常熟佳合显示科技有限公司，
类型：发明
国别省市：